第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
健康一直是人们倡导的话题，也是人类自我发展的保障，而医疗水平的进步是不断提高人类自身身体体质的重要因素，也是一个国家的综合实力的表现形式之一。而现代四大医学影像技术z 包括医学超声影像技术、X-CT、MR 以及核医学，它们利用非破坏性的手段对人体的各个器官进行直接或者间接的绘制显像，这四大医学影像技术对应的医学设备在实际应用中相互补充，为临床医生和医学研究人员检查人体组织及病理提供了可靠、强有力的依据。而这些影像技术也在不断的进步、发展，相应的医疗设备也在不断的更新换代。它们的特点有无损伤、无电离辐射、无痛苦、实时性好等特点。根据临床使用和科学技术的发展，这些医学影像设备也正在发生着重大的变化和挑战，应用范围越来越广，性能也在不断提高，功能更趋完善。现代影像设备已经被广泛应用在临床检查、诊断，为医务工作者对患者的诊断和治疗有了非常好的可靠的依据。研究医学图像的人员和医务工作者都希望通过三维重建将物体显示在屏幕上以便进行分析，这有更加直观、逼真、形象的视觉效果。经过十几年的发展，医学诊断设备已经从辅助诊断发展成为辅助治疗的重要手段，并已深入到医学的各个领域。
1.2 国内外研究现状
国外情况，现在已经出现了一些三维医学影像处理的商品化的系统，这些系统有的是以独立系统的形式出现，可以根据用户的需要，和不同厂家的CT 扫描设备或者核磁共振仪连接；GE(美国通用电气公司)的AW 4.0，可以对断层扫描序列图像进行完整的容积重建和分析；有的则是医疗设备的一部分。比如以色列的Elscint Ltd(爱尔新特公司)、GE(美国通用电器公司)生产的螺旋CT 扫描设备均有基于图像工作站的医学影像的可视化系统，在获得了前端CT 和MRI 的序列扫描的图像后，系统可以沿着三个正交方向逐帧地显示序列图像，并可以用不同方法来构造三维物体，可以对三维的图像从外向里的按层剥离或者做任意角度和位置的剖切来查看其内部结构，有的也可以随着鼠标移动而坐实时放大、缩小、旋转和平移等效果，另外有的还可以计算体积和测量距离等效果
第二章 相关技术概述
2.1 体绘制的基本原理
2.1.1体数据概述
科学计算可视化是一门和几个技术领域相关的交叉学科，它应用图形的生成技术、图像处理的技术以及人机交互技术等等。科学计算可视化可以加速实现图像的通信，而使观察更直观、有效；另外可以实现人机交互，使人们对计算过程实现控制与引导，通过交互来更好的利用图像信息。这也将大大提高科学计算的速度和质量，进一步实现相关技术水平的现代化。而由于科学计算可视化以图像的形式形象、生动、直观地显示出信息，所以把那些难以理解的、复杂的信息变的让人们容易接受。科学计算可视化应经应用到医学、计算机流体动力学、地质勘测、分子模型构造、气象学、空间探测、数学、天体物理、有限元分析等应用领域，其应用范围十分广泛。而科学计算可视化技术的研究核心就是三维空间数据场可视化，而其中其研究的对象即包括科学计算数据，也包括测量等方法得到的数据，但这些数据，往往都是离散数据，所以可视化对象一般指的就是空间离散的三维数据。而我们一般将这些离散的体数据分为：结构化数据、非结构化数据、结构化和非结构化混合数据等。而结构化数据指得是空间离散数据的各个数据点具有像三维数组各个元素之间的逻辑关系，各个数据在三维数组中都有自己的层号、行列号。非结构化数据指一些结构化数据以外的数据，由一系列四、六面体，三、四棱锥等单元组成。这些单元的面可以是曲面或者平面，边可以是直线或者曲线。表示非结构化数据的数据结构须有每个数据的空间位置以及相互间连接关系。
2.2 直接体绘制的常用方法
直接体绘制的功能是按照一定的规则，将离散的三维数据场转换为图形显示设备帧缓存中的二维离散信号。尽管有很多种不同的直接体绘制的算法，但是它根本的核心就是重新采样和图像的合成。
2.2.1光线投射算法
光线投射算法是M.Levoy 提出的光线投射算法，是一个生成高质量的图像的典型体绘制算法，该方法是一种图像空间扫描的实现体绘制的离散方法。光线投射算法不仅用离散方法实现的重新采样，而且图像的合成也是应用光学模型的离散形式实现的。光线投射算法的基本原理是假设三维的数据场中的每一个数据点均有以个属性：颜色值和不透明度值，采用平行投影地方式，认为观察点在无穷远处，透过屏幕上的某一个像素点向三维的数据体发出一条射线，这条射线穿过维数据场，在三维场内的那部分射线上选择数个等距的采样点，并根据距离某一个采样点最近的8 个数据点的属性值进行三线性插值，以求出该采样点的颜色值与不透明度值。最后做图像的合成运算，将每条射线上的采样点的颜色值和不透明度值采用由前向后或者由后向前的方式加以合成，最后投影到屏幕像素点。光线投射算法为每个体素分配颜色值与不透明度值，最后合成图像，所以有利于保留图像地细节信息，从而图像的绘制质量很高。
第一章 绪论................1
1.1 选题背景及研究意义............1
1.2 国内外研究现状..........2
1.3 主要研究内容.........3
1.4 本文结构............3
第二章 相关技术概述.............5
2.1 体绘制的基本原理...........5
2.2 直接体绘制的常用方法................7
2.3 图像处理相关技术...............8
22.4 GPU 相关技术..............10
2.5 本章小结....................13
总结
本课题完成了基于GPU 的医学图像的光线透射算法和图像处理。三维医学图像的显示和处理是科学计算可视化的一个重要应用领域，是结合了计算机可视化技术和图像处理技术，是一个多学科的交叉应用课题。三维图像的显示以及根据特定需要对图像的处理的实现，能使医务工作者更清楚的掌握病理信息，这对临床诊治都起到了很大的作用。另外，三维图像的绘制速度快，实时性好，为四维图像的应用奠定了基础。本文的主要成果和总结：
（1）实现了基于GPU 的光线透射算法，大大提高了医学图像绘制的的实时性。
（2）实现了基于GPU 的图像处理，可对图像进行平滑、锐化、取边缘等处理，以及对图像的切片处理，可根据需要获取需要的图像信息。
（3）搭建了基于Fedora13 的CUDA 环境，利用软件工程的知识，将算法整合成一个完整系统。由于时间有限，虽然本课题实现了三维重建以及图像处理，但研究的范围和实现的功能还是非常非常有限的。三维医学图像的显示和处理是个非常重要的研究和应用领域。本人认为还需在以下几个方面进一步研究：
参考文献
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